(57)【要約】【課題】低電気抵抗率であっても、面内での電気抵抗率のばらつきが小さいＦＺシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造する方法およびシリコン単結晶を提供する。【解決手段】シリコン単結晶の製造方法であって、少なくとも、ＦＺ法によりシリコン単結晶を育成する際にガスドーピングすることにより前記育成するシリコン単結晶の電気抵抗率を第一の電気抵抗率ρｏとし、該育成されたシリコン単結晶に中性子照射を行うことによりシリコン単結晶の電気抵抗率を第二の電気抵抗率ρｓとすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法、及びＦＺ法により育成されたシリコン単結晶であって、育成の際にガスドーピングすることによりＮ型とされたものであり、かつ育成後に中性子照射されたものであることを特徴とするシリコン単結晶。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶の製造方法であって、少なくとも、浮遊帯域融解法（ＦＺ法）によりシリコン単結晶を育成する際にガスドーピングすることにより前記育成するシリコン単結晶の電気抵抗率を第一の抵抗率ρｏとし、該育成されたシリコン単結晶に中性子照射を行うことによりシリコン単結晶の電気抵抗率を第二の電気抵抗率ρｓとすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記第一の電気抵抗率ρｏを前記第二の電気抵抗率ρｓの２倍以上〜５倍以下とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記第二の電気抵抗率ρｓを２０Ω・ｃｍ以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記ガスドーピングすることにより前記育成するシリコン単結晶の電気抵抗率の面内ばらつき（ＲＲＧ）を２０％以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記ガスドーピングすることによって前記育成するシリコン単結晶中にリンをドープすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記育成するシリコン単結晶の直径を１２５ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
浮遊帯域融解法（ＦＺ法）により育成されたシリコン単結晶であって、育成の際にガスドーピングすることによりＮ型とされたものであり、かつ育成後に中性子照射されたものであることを特徴とするシリコン単結晶。
【請求項８】
前記ガスドーピングにより付与される前記シリコン単結晶の第一の電気抵抗率が、前記中性子照射照射により付与される前記シリコン単結晶の第二の電気抵抗率の２倍以上〜５倍以下のものであることを特徴とする請求項７に記載のシリコン単結晶。
【請求項９】
前記第二の電気抵抗率が２０Ω・ｃｍ以下のものであることを特徴とする請求項８に記載のシリコン単結晶。
【請求項１０】
前記第二の電気抵抗率の面内ばらつき（ＲＲＧ）が１０％以下のものであることを特徴とする請求項８または９に記載のシリコン単結晶。
【請求項１１】
前記ガスドーピングによってリンをドープしたものであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のシリコン単結晶。
【請求項１２】
直径が１２５ｍｍ以上のものであることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のシリコン単結晶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＺ法を用いてシリコン単結晶を製造する方法及びシリコン単結晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体素子基板として最も多く使用されているシリコン単結晶の製造方法のひとつに、浮遊帯域融解法（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ法、以下、ＦＺ法と言う。）がある。
【０００３】
図１はＦＺ法によるシリコン単結晶の育成工程の一例を示す。まず、多結晶シリコン（ポリシリコン）ロッド１を用意し、その下端をコーン形状に加工・エッチングする。次にコーン部２の下端をカーボンリング３により予備加熱し、次いで高周波誘導加熱コイル４により加熱してコーン部２の先端を融解し、種結晶５を溶着する。次に融解帯域を形成しながらポリシリコンロッド１をコイル４に対して相対的に下方に移動させ、絞り部６を形成し無転位化する。そして、融解帯域７を形成しながらシリコン単結晶８を下方向へ成長させる。
【０００４】
通常、シリコン単結晶に所望の電気抵抗率を与えるためにはｐ型あるいはｎ型の不純物ドーピングが必要である。ＦＺ法においては、ドーパントガスを直接融解帯域に吹き付けるガスドーピングが知られている（非特許文献１）。ドーパントガスとして、例えばｎ型ドーパントであるＰ（リン）をドープするためにはＰＨ３等が、ｐ型ドーパントであるＢ（ホウ素）をドープするためにはＢ２Ｈ６等が用いられる。これらドーパントの添加量が増えるにつれてシリコン単結晶の電気抵抗率は低くなり、ドーピングはシリコン単結晶が目標の電気抵抗率（製品仕様値等）になるまで行われる。
【０００５】
一方、ｎ型ドーパントであるＰをシリコン単結晶内にドープする方法として、以下に説明する中性子線照射によるドーピング（Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｉｎｇ，ＮＴＤ）がある（特許文献１、非特許文献２）。
【０００６】
シリコン単結晶は、２８Ｓｉ（９２．１％）とその同位体である２９Ｓｉ（４．７％）と３０Ｓｉ（３．０％）で構成されている。シリコン単結晶に中性子線を照射すると３０Ｓｉが熱中性子を捕獲吸収してγ線を放出して不安定な同位体３１Ｓｉに移行し、２．６２時間の半減期でβ−線を放出して安定な同位体３１Ｐへ核変換する。形成された３１Ｐはシリコン単結晶中でｎ型ドーパントとして働く。３０Ｓｉはもともとシリコン単結晶中に均一に分布しているので、中性子線をシリコン単結晶に一様に照射すれば、ＮＴＤによって生ずる３１Ｐの分布も均一にできる。すなわち、シリコン単結晶の電気抵抗率分布を均一にできる。
【０００７】
従来、ＮＴＤは、ＦＺ法によって作製されたドーパント無添加で数千Ω・ｃｍという高電気抵抗率を有するシリコン単結晶に対して行われる。この場合も、シリコン単結晶が目標電気抵抗率になるまでＮＴＤを行う。また、中性子線照射は限定設備である軽水炉や重水炉等の原子炉内で行われる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５０−９４８８０号公報
【非特許文献１】
ＷＯＬＦＧＡＮＧ  ＫＥＬＬＥＲ，  ＡＬＦＲＥＤ  ＭＵＨＬＢＡＵＥＲ  著  「Ｆｌｏａｔｉｎｇ−ｚｏｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ」  ｐｐ．８２−９２、ＭＡＲＣＥＬ  ＤＥＫＫＥＲ  ＩＮＣ．発行
【非特許文献２】
ＷＯＬＦＧＡＮＧ  ＫＥＬＬＥＲ，  ＡＬＦＲＥＤ  ＭＵＨＬＢＡＵＥＲ  著  「Ｆｌｏａｔｉｎｇ−ｚｏｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ」  ｐｐ．９３−９５、ＭＡＲＣＥＬ  ＤＥＫＫＥＲ  ＩＮＣ．発行
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＺ法において従来行われているガスドーピングでは、ドーパントガスの吹きつけによりシリコンの融解帯域の表面から溶け込んだドーパントは、結晶成長とともに単結晶に取り込まれる。この際、結晶の成長機構に起因した電気抵抗率分布の不均一化が生じる。すなわち、ＦＺ法では、融解帯域での少ない融液容量に対してその上方から絶えずシリコン融液が供給されているため、結晶成長軸方向でのドーパント濃度分布すなわち電気抵抗率分布は均一になる。
【００１０】
しかし、融液容量が小さいことから、表面から取り込まれたドーパントは、融液内における対流の変動により結晶中に不規則に取り込まれることとなり、その結果結晶成長軸方向と垂直な面内（以下では単に面内と呼ぶことがある）での電気抵抗率分布は不均一になる。このような電気抵抗率分布の面内での不均一性（ばらつき）はＲＲＧ（Ｒａｄｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ）の値等で表すことができる。特に１２５ｍｍ以上、１５０ｍｍや２００ｍｍと大口径化する程、電気抵抗率の面内不均一性は大きくなる。
【００１１】
このガスドープＦＺシリコン単結晶からウェーハを作製してそれにより半導体デバイスを作製した場合、このような電気抵抗率の面内でのばらつきは、ウェーハ面内に作製される半導体デバイス間での特性ばらつきや、局所的な電流集中による逆電圧耐性の低下やスイッチング特性の低下の要因となる。従って、半導体デバイスの特性向上の障害や、製造歩留まり低下を招く。
【００１２】
一方、ＮＴＤを行ったシリコン単結晶は均一な電気抵抗率分布を有する。前述のように、ＮＴＤの原料となるシリコン単結晶としては従来ドーパント無添加の数千Ω・ｃｍの高電気抵抗率単結晶を使用しているが、電気抵抗率を目標値まで下げるためにはそれだけ中性子線照射を行い形成されるＰを増やす必要がある。この場合、目標となる電気抵抗率が低い程中性子線照射時間を長くしなければならず、作業時間が掛かる上に照射コストも高くなるという問題がある。
【００１３】
図２は、約３，０００Ω・ｃｍのシリコン単結晶を原料として用いたときの、目標となる電気抵抗率（横軸）に対する中性子線の照射時間（縦軸）の関係の一例を示したグラフである。グラフにしめされるように、目標抵抗率が低くなると共に照射時間が指数関数的に増加する。
【００１４】
また、照射時間の延長に伴い核反応により３１Ｐと同時に形成される核種である３２Ｐの存在が無視できなくなる。３２Ｐの半減期は１４．３日と長く、３２Ｐの放射能が規定の濃度に減衰するまでクーリングしなければならないので、３２Ｐの増加に伴いそれだけクーリング時間が長く必要となる。
【００１５】
そして、限定設備である原子炉の一作業当たりの占有時間が長くなるのでそれだけ照射処理数が減り生産性が著しく低下するという問題もある。以上のような生産性やコストの問題があるので、従来、ＮＴＤを行った商用のシリコン単結晶の電気抵抗率の下限値は２０Ω・ｃｍ程度までであった。
【００１６】
ところが、近年、中耐圧以下のパワーＭＯＳ等に使われる材料の特性として、２０Ω・ｃｍ未満で面内抵抗率分布が良い単結晶の必要性が高まっている。
このため、低電気抵抗率であっても、面内での電気抵抗率のばらつきが小さいＦＺシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造する方法が望まれていた。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、低電気抵抗率であっても、面内での電気抵抗率のばらつきが小さいシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造する方法およびシリコン単結晶を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明では、シリコン単結晶の製造方法であって、少なくとも、浮遊帯域融解法（ＦＺ法）によりシリコン単結晶を育成する際にガスドーピングすることにより前記育成するシリコン単結晶の電気抵抗率を第一の電気抵抗率ρｏとし、該育成されたシリコン単結晶に中性子照射を行うことによりシリコン単結晶の電気抵抗率を第二の電気抵抗率ρｓとすることを特徴とするシリコン単結晶の製造方法が提供される（請求項１）。
【００１９】
このように、ＦＺ法によるシリコン単結晶育成の際に、まずガスドーピングによりシリコン単結晶の電気抵抗率を第一の電気抵抗率として、その後育成したシリコン単結晶に中性子照射を行い目標となる第二の電気抵抗率とすることにより、目標となる電気抵抗率が低くても中性子線照射時間を短くすることが可能となり、従って中性子照射により電気抵抗率の面内でのばらつきが小さいとともに、低抵抗率であるシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造することができる。
【００２０】
この場合、前記第一の電気抵抗率ρｏを前記第二の電気抵抗率ρｓの２倍以上〜５倍以下とすることが好ましい（請求項２）。
このように、ガスドーピングによる第一の電気抵抗率ρｏを製品規格等で決定される目標とする第二の電気抵抗率ρｓの２倍以上〜５倍以下とすれば、中性子線照射時間の短縮効果が大きくかつ電気抵抗率の面内でのばらつきを十分小さいものとすることが可能であり、従って中性子照射により電気抵抗率の面内でのばらつきの小さいシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造することができる。
【００２１】
この場合、前記第二の電気抵抗率ρｓを２０Ω・ｃｍ以下とすることができる（請求項３）。
このように、本発明は近年要求される目標とする第二の電気抵抗率ρｓが２０Ω・ｃｍ以下という低抵抗率である場合に、中性子照射により電気抵抗率の面内でのばらつきの小さいシリコン単結晶を十分低コストかつ高生産性で製造することができる。このような低抵抗率のシリコン単結晶は例えば５００Ｖよりも低い耐圧のパワーＭＯＳデバイスなどの作製に適するものである。
【００２２】
また、前記ガスドーピングすることにより前記育成するシリコン単結晶の電気抵抗率の面内ばらつき（ＲＲＧ）を２０％以下とすることが好ましい（請求項４）。
このように、ガスドーピングすることにより付与される電気抵抗率のＲＲＧを２０％以下とすれば、中性子照射後に得られる第二の電気抵抗率の面内でのばらつきが十分に小さいシリコン単結晶を低コストかつ生産性高く製造することができる。このようなＲＲＧの小さいシリコン単結晶は特性ばらつきのない半導体デバイスの作製に適する。
【００２３】
また、前記ガスドーピングすることによって前記育成するシリコン単結晶中にリンをドープすることが好ましい（請求項５）。
このように、ｎ型ドーパントとして従来用いられている比較的偏析係数の大きいリンをガスドープすることにより、第一の電気抵抗率の調整を容易に行うことが可能であり、従って、その後の中性子照射により電気抵抗率の面内でのばらつきが小さいシリコン単結晶を十分低コストかつ生産性高く製造することができる。
【００２４】
また、前記育成するシリコン単結晶の直径を１２５ｍｍ以上とすることができる（請求項６）。
このように、育成するシリコン単結晶の直径を１２５ｍｍ以上とすれば、１５０ｍｍ、２００ｍｍの様な大口径単結晶では、ガスドープした時の面内ばらつきがより大きくなるが、ガスドープした後中性子照射することにより電気抵抗率の面内でのばらつきが小さい大口径のＦＺシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造することができる。このような大口径のシリコン単結晶は半導体デバイスの生産収率の向上に寄与し、また例えば品質の揃ったダイオード等の作製にも適する。
【００２５】
また、本発明は、浮遊帯域融解法（ＦＺ法）により育成されたシリコン単結晶であって、育成の際にガスドーピングすることによりＮ型とされたものであり、かつ育成後に中性子照射されたものであることを特徴とするシリコン単結晶を提供する。（請求項７）。
【００２６】
このように、ガスドーピングと中性子照射の両方が行われたＦＺシリコン単結晶は、中性子照射の時間が短縮されたものであり、電気抵抗率の面内でのばらつきが小さく、高品質かつ低コストのシリコン単結晶である。
【００２７】
このとき、前記ガスドーピングにより付与される前記シリコン単結晶の第一の電気抵抗率が、前記中性子照射照射により付与される前記シリコン単結晶の第二の電気抵抗率の２倍以上〜５倍以下のものであることが好ましい（請求項８）。
このように、ガスドーピングにより付与されるシリコン単結晶の第一の電気抵抗率が、前記中性子照射照射により付与される目標とする第二の電気抵抗率の２倍以上〜５倍以下であれば、中性子線照射時間の短縮効果が明らかでかつ電気抵抗率の面内でのばらつきが十分小さいものであり、従って電気抵抗率の面内でのばらつきが小さく、低コストのシリコン単結晶とすることができる。
【００２８】
この場合、前記第二の電気抵抗率が２０Ω・ｃｍ以下のものであってもよい（請求項９）。
このように、目標とする第二の電気抵抗率ρｓが２０Ω・ｃｍ以下という低抵抗率のものであっても、電気抵抗率の面内でのばらつきが小さく十分に低コストで安価のシリコン単結晶とすることができる。このような低抵抗率でばらつきの少ないＦＺシリコン単結晶は例えば５００Ｖよりも低い耐圧のパワーＭＯＳデバイスなどの作製に適するものである。
【００２９】
また、前記第二の電気抵抗率の面内ばらつき（ＲＲＧ）が１０％以下のものであることが好ましい（請求項１０）。
このように、本発明では、低抵抗率でかつ中性子照射後の電気抵抗率のＲＲＧが１０％以下といった電気抵抗率の面内でのばらつきが十分に小さく低コストのシリコン単結晶とすることができる。このようなＲＲＧの小さいＦＺシリコン単結晶は特性ばらつきのない半導体デバイスの作製に適する。
【００３０】
また、前記ガスドーピングによってリンをドープしたものであることが好ましい（請求項１１）。
このように、ｎ型ドーパントとして従来用いられている比較的偏析係数の大きいリンをガスドープしたものであれば、第一の電気抵抗率の調整を容易に行うことが可能であり、その後の中性子照射により生成されるドーパントと同種のものであり、かつ、電気抵抗率の面内でのばらつきが小さく十分低コストかつ高生産性のシリコン単結晶である。
【００３１】
このとき、直径が１２５ｍｍ以上のものであってもよい（請求項１２）。
このように、本発明では直径が１２５ｍｍ以上といった大口径ＦＺシリコン単結晶であっても、中性子照射のみによる低抵抗率化に比べガスドープ法による低抵抗率化の方が生産時間が短縮し、ガスドープ法のみによる方法に比べ中性子照射を付加した方法により電気抵抗率の面内でのばらつきがはるかに小さく低コストのシリコン単結晶である。このような大口径のシリコン単結晶は半導体デバイスの製造収率の向上に寄与し、また例えばダイオード等の作製にも適する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、ＮＴＤを行ったシリコン単結晶は均一な電気抵抗率分布を有する。しかし、目標となる電気抵抗率が低い程中性子線照射時間を指数関数的に長くしなければならず、クーリング時間も長くなるため作業時間が著しく長く掛かる上に照射コストも高くなるという問題があった。それゆえ、従来ＮＴＤを行った商用のシリコン単結晶の電気抵抗率の下限値は２０Ω・ｃｍ程度までであった。
【００３３】
一方、ガスドーピングを行ったシリコン単結晶では、面内での電気抵抗率分布は不均一になるので、半導体デバイスを作製した場合、半導体デバイス間での特性ばらつきや、局所的な電流集中による逆電圧耐性の低下やスイッチング特性の低下が発生し、それが半導体デバイスの特性向上の障害や製造歩留まり低下を招いた。
【００３４】
本発明者らは、少なくとも、ＦＺ法によりシリコン単結晶を育成する際にガスドーピングすることによりシリコン単結晶の電気抵抗率を一旦第一の電気抵抗率ρｏとしてから、このガスドーピングして育成されたシリコン単結晶に中性子照射を行うことによりシリコン単結晶の電気抵抗率を目標となる第二の電気抵抗率ρｓとすることで、目標となる第二の電気抵抗率が低くても中性子線照射時間を短くすることが可能となり、従って中性子照射により電気抵抗率の面内でのばらつきの小さいシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
以下、図を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
図３は本発明の第一の実施形態に従うシリコン単結晶の製造工程を示す。まず、ＦＺ法によりシリコン単結晶を育成する。育成工程は図１に示されるような工程で行うことができる。この育成の際に、アルゴンガス等のキャリアガスと混合したドーパントガスを融解帯域に吹き付けることによりガスドーピングを行う。パワーデバイス等に適するＮ型半導体とするためのドーパントガスとしては、偏析係数が大きくドーパントが均一に分布しやすいＰの水素化物であるＰＨ３などが用いられる。もちろん、Ｎ型とするためにＳｂＨ３やＡｓＨ３等を用いてＳｂやＡｓをドープすることも可能である。このときシリコン単結晶の電気抵抗率を第一の電気抵抗率ρｏとなるようにドーパントガスの濃度、流量、導入時間等を制御してドーピングを行う。
【００３６】
次に、常法に従い育成したシリコン単結晶を中性子照射に適するように規定の長さに切断し、円柱研削と表面不純物除去のためのエッチングとが施される。
【００３７】
そして、このように加工されたシリコン単結晶に中性子線を照射する。照射は軽水炉や重水炉などにおいて行われる。シリコン単結晶に均一に中性子線が照射されるように、照射中は結晶を回転させ、また途中で上下反転させるなどする。照射はシリコン単結晶の電気抵抗率が目標となる第二の電気抵抗率ρｓになるまで行われるが、このシリコン単結晶はガスドーピングにより電気抵抗率がρｏとされているので、ガスドーピングを行わない場合よりも照射時間を大幅に短くすることができる。照射を終えたシリコン単結晶は、照射中に生じた３２Ｐなどの核種の放射能が規定の濃度に減衰するまでクーリングされる。
【００３８】
次に、中性子線照射により生じる点欠陥や格子変位などのさまざまな照射欠陥を除去するために熱処理を行う。こうして目標の電気抵抗率ρｓとされたシリコン単結晶は電気抵抗率の面内でのばらつきが小さいものである。そしてこのように製造されたシリコン単結晶は、その後ウェーハ加工を行い半導体デバイスの作製に用いられる。
【００３９】
上記において、ガスドーピングにより付与される電気抵抗率ρｏは、目標となる電気抵抗率ρｓと要求される抵抗率の面内ばらつきとを考慮して決めることが好ましい。例えば、ρｏをρｓの１０倍程度に設定した場合には、ガスドーピングにより付与される電気抵抗率の面内ばらつきを中性子線照射により１／１０程度にすることができるので、面内ばらつきを小さくするにはρｏが大きいことが好ましい。しかし、あまりρｏを大きく設定すると中性子線照射時間の短縮効果が十分には得られないので、ρｏをρｓの２倍以上〜５倍以下程度とすることが好ましい。
【００４０】
また、ガスドーピングにより付与される電気抵抗率の面内ばらつきは、ＲＲＧ値として２０％以下とすれば、ρｏをρｓの２倍程度とした場合でも、中性子線照射により付与される第二の電気抵抗率の面内ばらつきがＲＲＧ値として１０％以下になり、十分小さい値とすることができる。
【００４１】
本発明においては、目標となる第二の抵抗率ρｓを、２０Ω・ｃｍ以下の低抵抗率とすることができる。従来は生産性の面から、ＮＴＤを行った商用のシリコン単結晶の電気抵抗率の下限値は２０Ω・ｃｍ程度までであった。しかし本発明ではガスドーピングにより電気抵抗率をρｏとしてからＮＴＤを行っており、２０Ω・ｃｍ以下という低抵抗率のものであっても照射時間を短くすることができるので、十分に低コストかつ高生産性とすることができる。しかも、上記のように低抵抗率でありながら、ガスドーピングのみの場合より格段に面内の電気抵抗率分布が改善されたものとすることができる。このような低抵抗率でＲＲＧの良好なシリコン単結晶は例えば５００Ｖよりも低い耐圧のパワーＭＯＳデバイス等の作製に適するものである。
【００４２】
また、ＦＺ法により育成するシリコン単結晶の直径を１２５ｍｍ以上、例えば１５０ｍｍ以上とすることができる。このような大口径化することによりシリコン単結晶の体積が増加し、ＮＴＤにより目標の電気抵抗率ρｓとするのに必要な中性子線の照射量もそれだけ増加するが、本発明ではガスドーピングにより電気抵抗率をρｏとしてからＮＴＤを行っているので、照射時間をそれだけ短くすることができる。また、一般に直径の増加に伴い電気抵抗率の面内でのばらつきも大きくなる傾向があるが、本発明ではＮＴＤを行っているので電気抵抗率の面内ばらつきを小さくすることができる。このような大口径のシリコン単結晶は半導体デバイスの生産収率の向上に寄与し、また例えばダイオード等の作製にも適する。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
ＦＺ法により育成する際にＰＨ３によるガスドーピングにより電気抵抗率をそれぞれ６５、５５、４５、３５、２５Ω・ｃｍとした直径１２５ｍｍのシリコン単結晶を原料として、中性子線を照射して電気抵抗率を目標抵抗値１５Ω・ｃｍとするときに必要な照射時間を計測した。
【００４４】
（比較例１）
ＦＺ法により育成したドーパント無添加（ノンドープ）で３，０００Ω・ｃｍのシリコン単結晶を原料として、中性子線を照射して電気抵抗率を目標抵抗値２５、１５Ω・ｃｍとするときに必要な照射時間を計測した。
実施例１及び比較例１の結果を表１にまとめる。
【００４５】
【表１】
2005035816.tif 000003
【００４６】
表１に示されるように、目標抵抗値を１５Ω・ｃｍとした場合、比較例１では１８５時間の中性子照射を行う必要があったが、実施例１では必要な照射時間は１３８時間〜７０時間と大幅に短い時間で済んだ。例えば原料抵抗率を３５Ω・ｃｍとした場合には、照射時間は１０２時間であり、ドーパント無添加で原料抵抗率が３，０００Ω・ｃｍの場合に目標抵抗率を２５Ω・ｃｍとした場合の照射時間である１１５時間より短かった。
【００４７】
（実施例２）
直径１２５ｍｍで結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶をＦＺ法で育成する際に、ＰＨ３を用いてリンをガスドーピングし、電気抵抗率を３５Ω・ｃｍとし、その後育成したＮ型シリコン単結晶にＮＴＤを行い、電気抵抗率を目標値である１７Ω・ｃｍとした。このシリコン単結晶からウェーハを作製し、ウェーハ面内の電気抵抗率分布を測定した。測定は四探針法により直交する２方向に対して２．５ｍｍピッチで行った。また、ミクロな抵抗率分布を測定するため、ＳＲ（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）法により広がり抵抗（ＳＲ）も測定した。ＳＲの測定はウェーハの周辺から５ｍｍの点から中心まで５０μｍピッチで行った。
【００４８】
図４（ａ）はウェーハ中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフである。このときのＲＲＧは３．８％から５．０％と小さい値であった。また、図４（ｂ）はウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率の分布の標準偏差（縦軸）を示したグラフである。ウェーハ面内にわたって１％程度以下であり良好な均一性を示した。図４（ｃ）はウェーハ面内での電気抵抗率の平均値からの偏差の分布を示したグラフである。測定は４枚のウェーハに対して２トラックずつ行った。なお、測定値に対して各測定点での面積に応じて重み付けを行い測定値の補正を行った。このときの標準偏差σＢは０．８９％であり、良好な値であった。
【００４９】
図５はウェーハの周辺部からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差（縦軸）を示したグラフである。ウェーハ面内にわたって偏差が±１０％程度以下と小さい値を示した。図中に矢印で示したウェーハの周辺から７．５ｍｍの点と１２．５ｍｍの点との間でのＳＲ偏差のばらつき（ＳＲ  ＳＴＤ）は２．４８％、最大ＳＲ偏差（ＳＲ偏差）は±５．６９％であった。
【００５０】
（比較例２）
直径１２５ｍｍで結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶をＦＺ法で育成する際に、ＰＨ３を用いてリンをガスドーピングし、電気抵抗率を目標値である１７Ω・ｃｍとした。このシリコン単結晶からウェーハを作製し、ウェーハ面内の電気抵抗率分布及びＳＲを実施例２と同様の方法、測定条件で測定した。
【００５１】
図６（ａ）はウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフである。このときのＲＲＧは５．２％から７．１％と実施例２より大きい値であった。また、図６（ｂ）はウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率の分布の標準偏差（縦軸）を示したグラフである。特にウェーハの中心付近で２〜３％と実施例２の２倍以上の値を示した。図６（ｃ）はウェーハ面内での電気抵抗率の平均値からの偏差の分布を示したグラフである。測定は３枚のウェーハに対して２トラックずつ行った。なお、測定値に対して各測定点での面積に応じて重み付けを行い測定値の補正を行った。このときの標準偏差σＢは１．５８％であり、実施例２の２倍に近い値を示した。
【００５２】
図７はウェーハの周辺からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差（縦軸）を示したグラフである。幾つかの測定ポイントで偏差が２０％を超えるような鋭いピークが見られた。図中に矢印で示したウェーハの周辺から７．５ｍｍの点と１２．５ｍｍの点との間でのＳＲ  ＳＴＤは５．０２％、ＳＲ偏差は±１３．３％であり、実施例２の２倍以上の値となった。
【００５３】
（実施例３）
直径１２５ｍｍで結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶をＦＺ法で育成する際に、ＰＨ３を用いてリンをガスドーピングし、電気抵抗率を４５、５５、６５Ω・ｃｍとし、このシリコン単結晶からウェーハを作製し、ウェーハ面内の電気抵抗率分布及びＳＲを実施例２と同様の方法、測定条件で測定した。また、この電気抵抗率を４５、５５、６５Ω・ｃｍとしたシリコン単結晶にＮＴＤを行い、目標電気抵抗率である１７Ω・ｃｍとし、このシリコン単結晶からウェーハを作製し、ウェーハ面内の電気抵抗率分布及びＳＲを実施例２と同様の方法、測定条件で測定した。
【００５４】
図８上段は左から電気抵抗率４５、５５、６５Ω・ｃｍの場合のガスドーピング後におけるウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフである。また下段はそれぞれの電気抵抗率のシリコン単結晶にＮＴＤを行った後に作製したウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフである。電気抵抗率が４５Ω・ｃｍの場合はＮＴＤによりＲＲＧは３．５−９．６％から１．８−５．４％になり、またσＢは１．１３から０．６７になり、それぞれ改善した。同様に、５５Ω・ｃｍの場合はＮＴＤによりＲＲＧは３．７−９．８％から２．７−４．２％に、σＢは１．４２から０．６５になり、６５Ω・ｃｍの場合はＮＴＤによりＲＲＧは４．６−９．０％から２．１−４．２％に、σＢは１．４２から０．７５になり、それぞれ改善した。
【００５５】
図９上段は左から電気抵抗率４５、５５、６５Ω・ｃｍの場合のガスドーピング後におけるウェーハの周辺部からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差（縦軸）を示したグラフである。また下段はそれぞれの電気抵抗率のシリコン単結晶にＮＴＤを行った後に作製したウェーハの周辺部からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差（縦軸）を示したグラフである。図中に矢印で示したウェーハの周辺から７．５ｍｍの点と１２．５ｍｍの点との間でのＳＲ  ＳＴＤとＳＲ偏差に関しては、電気抵抗率が４５Ω・ｃｍの場合はＮＴＤによりＳＲ  ＳＴＤ又はＳＲ偏差が３．４３％、±７．７７％から２．５９％、±５．６５％にそれぞれ改善した。同様に、５５Ω・ｃｍの場合はＮＴＤによりＳＲ  ＳＴＤ又はＳＲ偏差が４．１８％、±１０．５％から２．２８％、±４．９０％になり、６５Ω・ｃｍの場合はＮＴＤによりＳＲ  ＳＴＤ又はＳＲ偏差が５．１１％、±１１．３％から１．５１％、±３．１１％になり、それぞれ改善した。
【００５６】
以上の実施例と比較例から明らかなように、本発明に従い、ＦＺ法によりシリコン単結晶を育成する際に、ガスドーピングをすることにより電気抵抗率を第一の電気抵抗率とし、その後育成されたシリコン単結晶にＮＴＤを行って目標とする第二の電気抵抗率にしたものであれば、中性子線照射時間が短く、かつ面内での電気抵抗率分布及びＳＲのばらつきが小さいものとなり、本発明の有用性が確認された。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＦＺ法によりシリコン単結晶を育成する際にガスドーピングすることによりシリコン単結晶の電気抵抗率を一旦第一の電気抵抗率ρｏとしてから、該育成されたシリコン単結晶に中性子照射を行うことによりシリコン単結晶の電気抵抗率を目標となる第二の電気抵抗率ρｓとすることで、目標となる第二の電気抵抗率が低くても中性子線照射時間を短くすることが可能となり、従って中性子照射により電気抵抗率の面内でのばらつきの小さいシリコン単結晶を低コストかつ高生産性で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＺ法によるシリコン単結晶の育成工程の一例を示した図である。
【図２】約３，０００Ω・ｃｍのシリコン単結晶を原料として用いたときの、目標となる電気抵抗率（横軸）に対する中性子線の照射時間（縦軸）の関係の一例を示したグラフである。
【図３】本発明の第一の実施形態に従うシリコン単結晶の製造工程を示した図である。
【図４】（ａ）は本発明に従いガスドーピングとＮＴＤを行って目標電気抵抗率としたシリコン単結晶から作製したウェーハ中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフであり、（ｂ）はウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率の分布の標準偏差（縦軸）を示したグラフであり、（ｃ）はウェーハ面内での電気抵抗率の平均値からの偏差の分布を示したグラフである。
【図５】本発明に従いガスドーピングとＮＴＤを行って製造されたシリコン単結晶から作製したウェーハの周辺部からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差を示したグラフである。
【図６】（ａ）はガスドーピングのみ行って目標電気抵抗率としたシリコン単結晶から作製したウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフであり、（ｂ）はウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率の分布の標準偏差（縦軸）を示したグラフであり、（ｃ）はウェーハ面内での電気抵抗率の平均値からの偏差の分布を示したグラフである。
【図７】ガスドーピングのみ行って目標電気抵抗率としたシリコン単結晶から作製したウェーハの周辺からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差を示したグラフである。
【図８】上段は左から電気抵抗率４５、５５、６５Ω・ｃｍの場合のガスドーピング後におけるウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフである。また下段はそれぞれの電気抵抗率のシリコン単結晶にＮＴＤを行った後に作製したウェーハの中心からの距離（横軸）に対する電気抵抗率（左縦軸）及び平均電気抵抗率からの偏差（右縦軸）を示したグラフである。
【図９】上段は左から電気抵抗率４５、５５、６５Ω・ｃｍの場合のウェーハの周辺からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差（縦軸）を示したグラフである。また下段はそれぞれの電気抵抗率のシリコン単結晶にＮＴＤを行った後に作製したウェーハの周辺からの距離（横軸）に対する平均ＳＲからの偏差（縦軸）を示したグラフである。
【符号の説明】
１…ポリシリコンロッド、  ２…コーン部、
３…カーボンリング、  ４…高周波誘導加熱コイル、
５…種結晶、  ６…絞り部、
７…融解帯域、  ８…シリコン単結晶。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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